[发明专利]一种闪烁晶体阵列探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及γ射线成像系统，尤其涉及该成像系统中测量物体内的放射性活度的分布的闪烁晶体阵列探测装置。

背景技术

γ射线成像系统在无创的检查物体内部情况领域的应用很广泛，特别是一些医学成像系统，例如正电子发射断层成像(PositronEmission Computed Tomography，PET)系统和单光子发射断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT)系统。这些系统经常使用平板闪烁晶体或闪烁晶体阵列作为探测器测量物体内的放射性活度的分布。以碘化钠(NaI)闪烁晶体阵列为例，每当NaI闪烁晶体吸收γ射线时，就会发射数目与γ射线能量成正比的荧光光子。这种阵列的闪烁晶体探测器，每个闪烁晶体面向光电倍增管(PMT)的那一表面除外，其它所有表面都用反射层包裹。对于使用NaI晶体作为探测器的系统而言，假设PMT的光子收集效率为50％和PMT的量子效率(QE)为20％，典型的光子计数效率大约为10％。

最近十几年时间内，利用光纤收集闪烁晶体内产生的光子来探测γ射线和X射线的成像系统得到了广泛地研究和发展，与普通的直接用PMT采集光子的系统相比，这种系统的分辨率和探测效率更好。由Petroff申请的美国专利号5,391,878的专利里描述了一种多路光纤读出系统，结合使用闪烁晶体阵列和可见光光子计数器(VLPC)，组成了整个晶体阵列探测器系统。在该系统中，晶体阵列内独立的晶体单元用漫反射涂层封包，如氧化钛，除了晶体上、下表面用于分别连接行光纤和列光纤的两个小孔。对于一行或者一列闪烁晶体而言，只需一根光纤和一片VLPC。采用这种设计思想，与那些单一晶体需要单一光纤和单一计数单元的探测系统相比，大大地降低了成本。然而，由于只通过在晶体上、下表面开出一个小孔来连接光纤，只有一部分光子才能通过小孔进入光纤，使得该系统的光子收集效率降低。另外，分别与晶体上、下表面连接的两根光纤收集的光子数目依赖于γ光子与晶体的作用深度，不能实现光的等比例分配。可能会出现一根光纤收集的光子数目较大，而另一根光纤收集的光子数目较小，这样就增加了噪声对光子收集结果的影响程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种闪烁晶体阵列探测装置，利用该装置进行测量物体内的放射性活度的分布时，既降低了成本，降低了探测装置的体积和重量，且具有好的位置分辨率和高的荧光收集效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种闪烁晶体阵列探测装置，该装置包括：

晶体阵列，包括M×N个晶体，所述晶体用于产生荧光光子，其中M为行数、N为列数；

M×N根光导，每根光导与一个晶体的表面连接，用于收集该晶体产生的荧光光子并进行传输；

光纤分光单元，用于将每根光导传输的荧光光子均分到两路光纤进行传输，分别为行传输光纤和列传输光纤；

光纤合并单元，用于将同一行晶体所接光导对应的行传输光纤熔接成一根行光纤，将同一列晶体所接光导对应的列传输光纤熔接成一根列光纤；

光纤信号读出单元，与所述行光纤和列光纤连接，用于识别传输荧光光子的行光纤所处行数、列光纤所处列数，进而确定产生荧光光子的晶体位置，并探测所接收的荧光光子的总数和能量。

其中，所述晶体阵列中每个晶体除与光导连接的表面外，其余表面均被反射层包裹，在接收γ光子后产生荧光光子。

其中，所述光纤信号读出单元为位置灵敏光电转换器件或可见光光子计数器。

其中，所述光纤信号读出单元包括两个位置灵敏光电倍增管，其中一个连接所有行光纤，用于探测每根行光纤传输的荧光光子，另一个连接所有列光纤，用于探测每根列光纤传输的荧光光子。

其中，所述行光纤和列光纤中的每一根通过长光纤接入所述位置灵敏光电倍增管，所述长光纤为将行光纤、列光纤连接到位置灵敏光电倍增管接口进行过渡的光纤。

其中，所述光导、光纤分光单元、光纤合并单元、行光纤、列光纤、长光纤均为阶跃型光纤或渐变型光纤。

其中，所述长光纤为波移光纤。

其中，所述晶体为立方体晶体，所述光导连接晶体的一端为与晶体表面外形吻合的方形，所述光导的另一端为圆形或方形。

其中，所述晶体为NaI(Tl)、CsI(Tl)、CsI(Na)。

其中，所述反射层为全反射材料或漫反射材料。

其中，所述反射层为铝箔或氧化钛。

利用本发明的探测装置测量物体内的放射性活度的分布时，具有以下有益效果：